Klimawandel lässt Seen später zufrieren – doch unter dem Eis wird es kälter

Der Klimawandel verändert die Jahreszeiten, später Frost gehört inzwischen auch in Skandinavien fast schon zum „neuen Herbst“ dazu. Seen bleiben länger warm, eine Eisdecke bildet sich oft erst Wochen später als in den Jahrzehnten zuvor. Die Veränderung trifft Seen dabei auf überraschende Weise, denn unter der Eisdecke kann das Wasser sogar kälter sein als in Jahren mit frühem Frost.

Diesen Effekt beschreibt eine Langzeitstudie der University of Eastern Finland, der York University in Kanada und des Finnish Environment Institute. Untersucht wurden 47 finnische Seen über Zeiträume von 37 bis 50 Jahren. Fast alle dieser Gewässer gehören zu den sogenannten dimiktischen Seen – also Seen, die sich zweimal im Jahr vollständig durchmischen.

Der Klimawandel erwärmt die meisten Seen deutlich

Die Ergebnisse zeigen: Das Oberflächenwasser im Herbst erwärmte sich seit 1972 im Schnitt um 0,37 Grad pro Jahrzehnt. Über 50 Jahre entspricht das einer Erwärmung von 1,85 Grad. Gleichzeitig froren die Seen immer später zu – im Mittel um 4,1 Tage pro Jahrzehnt, also rund 20 Tage später als früher.

Dieser verschobene Zeitpunkt des Zufrierens traf auf 81 Prozent der untersuchten Standorte zu. Die winterliche Vereisung setzte an vielen Seen also spürbar später ein.

Später Frost macht das Wasser in der Tiefe kälter

Der überraschende Teil folgt danach. Trotz wärmerer Herbsttemperaturen sank die Temperatur des Tiefenwassers unter dem Eis. Von 1985 bis 2021 kühlte dieses Wasser im Schnitt um 0,07 Grad pro Jahrzehnt ab. Insgesamt ergibt das eine Abkühlung von 0,27 Grad. Die Forscher der York University beschreiben diesen Zusammenhang so: „Wir beginnen erst jetzt zu verstehen, wie bedeutend Herbstbedingungen für nördliche Seen in gemäßigten Klimazonen sind.“

Der scheinbare Widerspruch zwischen wärmeren Außentemperaturen und kälterem Tiefenwasser ist einfach zu erklären. Solange ein See eisfrei bleibt, verliert er Wärme an die Umgebung. Wind mischt das Wasser durch und beschleunigt diesen Prozess. Wenn schließlich Eis an der Oberfläche entsteht, startet der Winter am Seegrund oft mit kälterem Wasser als in Jahren mit frühem Frost – obwohl die herbstlichen Temperaturen im Durchschnitt wärmer geworden sind.

Außerdem hingen spätere Eisbildung und früheres Auftauen im Frühjahr mit höheren Oberflächentemperaturen im folgenden Sommer zusammen. Die Temperatur des Tiefenwassers unter dem Eis hatte darauf dagegen keinen direkten Einfluss.

Deutlicher Umbruch im Jahr 2002

Besonders auffällig in den Daten war ein Wendepunkt im Jahr 2002. Vor diesem Zeitpunkt froren die Seen im Schnitt 5,37 Tage früher zu als im langfristigen Mittel. Danach lag der Zeitpunkt der Eisbildung im Durchschnitt 9,47 Tage später.

Das langjährige Mittel für eine Eisbildung an der Oberfläche lag ungefähr beim 26. November. Auch unter dem Eis änderte sich viel. Vor 2002 lag die Temperatur am Seegrund im Schnitt 0,14 Grad über dem Mittel. Danach lag sie 0,12 Grad darunter. Die durchschnittliche Unter-Eis-Temperatur betrug 2,58 Grad. Die Forscher sehen darin einen klaren Wechsel der Winterbedingungen in finnischen Seen.

Effekt trifft vor allem große Seen

Nicht in jedem See war der Effekt gleich stark. Große Seen kühlten unter dem Eis häufig stärker ab. Auch kräftige Herbstwinde spielten eine wichtige Rolle. Windgeschwindigkeiten von mehr als 2,5 Metern pro Sekunde brachten kälteres Tiefenwasser.

Wind hält das Wasser länger in Bewegung, verhindert stabile Schichten und lässt den See Wärme verlieren. Eine stärkere Sonneneinstrahlung im Herbst und mildere Dezembertemperaturen können das Zufrieren noch verzögern. Dies verlängert die Phase, in der Wärme verloren geht. Kurz gesagt führen

• eine längere eisfreie Zeit,
• viel Wind und
• große Seeoberflächen

zu kälterem Wasser unter dem Eis.

Wie Fische und Plankton darauf reagieren

Für Tiere und Pflanzen im See sind schon kleine Temperaturunterschiede wichtig. Im Winter laufen biologische Prozesse langsamer und empfindlicher ab. Professor Raine Kortet von der University of Eastern Finland erklärt: „Die Wassertemperatur ist ein Schlüsselfaktor für die Biologie wechselwarmer Wasserorganismen.“ Und weiter: „In sehr kaltem Wasser verhalten sich viele Organismen – vom Plankton bis zu Fischen – oft deutlich passiver.“

Das betrifft unter anderem den Sauerstoffgehalt im Wasser, Nährstoffkreisläufe, Winterlebensräume für Fische und die Aktivität von Plankton und Mikroorganismen. Die Temperatur beeinflusst zudem direkt die Physiologie vieler Arten.

Der Herbst wurde lange unterschätzt

In der Seenforschung lag der Blick lange auf Sommerhitze und Wintereis. Der Herbst spielte dagegen oft nur eine Nebenrolle. Laut der Studie entfielen seit dem Jahr 2000 höchstens 10 Prozent der limnologischen Arbeiten pro Jahr auf diese Jahreszeit.

Dabei entscheidet vor allem diese Phase des jahreszeitlichen Umbruchs darüber, wie ein See in den Winter startet. Die Studienleiter fordern: „Unsere aktuellen Ergebnisse sollten in der limnologischen Forschung und bei Prognosen zu den Folgen des Klimawandels berücksichtigt werden.“

Kurz zusammengefasst:

• Aufgrund des Klimawandels wämere Herbstmonate sorgen dafür, dass Seen später zufrieren. Weil das Wasser länger offen und beweglich bleibt, verliert es mehr Wärme an die kalte Luft und kühlt stärker ab, bevor das Eis die Seeoberfläche verschließt.
• Die Langzeitdaten aus 47 finnischen Seen zeigen: Das Wasser in herbstlichen Seen wurde seit 1972 um 1,85 Grad wärmer, die Eisbildung verschob sich um rund 20 Tage nach hinten und das Tiefenwasser unter dem Eis wurde kälter.
• Diese Veränderung beeinflusst Fische, Plankton, Sauerstoff und Nährstoffkreisläufe. Der Herbst ist deshalb für Seen viel wichtiger, als lange angenommen wurde, weil er die Bedingungen für den gesamten Winter mitbestimmt.

Übrigens: Nicht nur Seen reagieren überraschend auf Veränderungen durch den Klimawandel – auch Bakterien ändern ihr Erbgut mit den Jahreszeiten. Als 2012 Hitze und frühe Eisschmelze diesen Takt durchbrachen, veränderten sich ganze Mikrobengemeinschaften dauerhaft. Mehr dazu in unserem Artikel.

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